Numerische Berechnung der Tragfähigkeit und der Steifigkeit von querzugverstärkten Verbindungen mit

Holz im Verbindungsbereich neigt zum Spalten, wenn die Verbindung zahlreiche, auf Abscheren beanspruchte Verbindungsmittel enthält, die geringe Abstände untereinander aufweisen. Bei diesen Verbindungen kann das Spalten des Holzes jedoch verhindert werden, wenn das Holz im Verbindungsbereich ausreichend verstärkt wird. Dazu werden rechtwinklig zur Kraftrichtung sowie rechtwinklig zur Achse der Stabdübel zwischen jeweils zwei hintereinander angeordneten Stabdübeln sowie zwischen dem beanspruchten Hirnholzende und dem ersten Stabdübel Vollgewindeschrauben eingedreht. Zur Dimensionierung dieser Verstärkungselemente ist in den Erläuterungen zur DIN 1052:2004-08 ein vereinfachtes Berechnungsverfahren angegeben. Dieses Berechnungsverfahren wurde unter Vernachlässigung einiger traglastrelevanter Parameter, wie zum Beispiel der ungleichförmigen Verteilung der Last entlang der Stabdübelreihe (vgl. Lantos (1969)) hergeleitet. Das wirkliche Tragverhalten spaltgefährdeter Verbindungen, die mit Vollgewindeschrauben verstärkt werden, kann jedoch mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode erfasst werden. Im Rahmen dieser Untersuchungen wird in erster Linie gezeigt, wie spaltgefährdete unverstärkte sowie mit Vollgewindeschrauben verstärkte Verbindungen mittels der Finite-Elemente-Methode berechnet werden und was bei der Modellierung zu beachten ist. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden an einfachen Finite-Elemente-Modellen die verwendeten Elemente und Materialeigenschaften zur Abbildung des Holzes unter Verwendung von Ergebnissen aus Grundlagenversuchen kalibriert. Mit den kalibrierten Element- und Materialeigenschaften wurden unverstärkte Verbindungen modelliert und berechnet. Die hierbei ermittelten Traglasten sind geringer als die in Anlehnung an DIN 1052:2004-08 berechneten Werte der Tragfähigkeit. Darüber hinaus wurden spaltgefährdete, mit Vollgewindeschrauben verstärkte Verbindungen modelliert und berechnet. Die hierbei ermittelten Traglasten sind ebenfalls geringer als die nach DIN 1052:2004-08 berechneten Werte der Tragfähigkeit. Trotz dieser Unterschiede ist eine eindeutige Korrelation zwischen numerisch ermittelten Ergebnissen und dem reellen Tragverhalten vorhanden. Im Rahmen dieser Arbeit werden zum einen die unterschiedlichen Ergebnisse diskutiert und zum anderen wird gezeigt, wie der Werkstoff Holz mit seinem komplexen Materialverhalten im unmittelbaren Bereich der Verbindungsmittel mit der Methode der Finiten-Elemente abgebildet werden kann.